Metabolic Interactions Supporting Effective TCE Bioremediation under Various Biog

不同生物条件下支持有效 TCE 生物修复的代谢相互作用

基本信息

  • 批准号:
    8756564
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 19.14万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-08-11 至 2018-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The optimization of Dehalococcoides-based bioremediation systems to treat trichloroethene (TCE)-contaminated Superfund sites relies upon knowledge-intensive understanding of complex microbial interactions that shape the structural and functional robustness of TCE-dechlorinating microbial communities exposed to a variety of geochemical conditions. Previous studies have shown that varied geochemical parameters, such as decreased pH or the presence of alternative terminal electron acceptors can result in incomplete dechlorination. We propose to use a combination of molecular, biochemical and analytical tools to evaluate interactions within sustainable and defined multi-strain microbial TCE- dechlorinating consortia in continuous-flow chemostats to study community interactions and the effects of biogeochemical conditions on dechlorination activity. Specifically, we propose to analyze community-level transcriptomics, intercellular metabolomics, and advanced Random Matrix Theory network analysis to understand the impact of geochemical stresses to the TCE-dechlorinating consortia. This project seeks to deliver a fundamental understanding of networked gene regulations and metabolite exchanges that impact anaerobic Dehalococcoides- containing microbial communities and control their TCE dechlorination capabilities. In the proposed work, a variety of environmentally-relevant geochemical stresses will be investigated including pH, salinity and the introduction of potential competitive electron acceptors to the system (e.g., sulfate ions). Effects of these geochemical stresses will be monitored and tracked through the exchanged metabolites, cellular processes and genetic regulations occurred amongst the interactive and interdependent populations in dechlorinating consortia. The generated knowledge will lead to an improved ability to design and optimize proactive engineering solutions to decrease the time and cost associated with successful groundwater bioremediation. The specific objectives to be investigated in this proposed study are, 1. Construct sustainable TCE-dechlorinating microbial consortia with multiple defined microbial species that represent the essential functions within robust TCE-dechlorinating communities, and establish their sustained growth in chemostats. 2. Identify the physiological changes, genetic regulatory changes, and the intercellular metabolic changes that occur in the TCE-dechlorinating consortia in response to changes in biogeochemical conditions, such as pH, salinity, and the presence of alternative electron acceptors. Metatranscriptomics and metabolomics analyses will be used to obtain a systems-level understanding of the complex responses of the consortia to geochemical stresses. 3. Establish correlations among biogeochemical conditions, microbial genetic regulations and metabolic interactions in order to elucidate the networked interactions among the members of the consortia that respond to various biogeochemical conditions. The results will be used to investigate stimulation or augmentation strategies that can stabilize the functions of dechlorination communities under changing geochemical conditions.
描述(由申请人提供):用于处理受三氯乙烯 (TCE) 污染的超级基金场地的基于 Dehalococcoides 的生物修复系统的优化依赖于对复杂微生物相互作用的知识密集型理解,这些相互作用塑造了暴露于三氯乙烯 (TCE) 的脱氯微生物群落的结构和功能鲁棒性。各种地球化学条件。先前的研究表明,不同的地球化学参数,例如 pH 值降低或替代末端电子受体的存在,可能会导致脱氯不完全。我们建议结合使用分子、生化和分析工具来评估连续流恒化器中可持续和确定的多菌株TCE脱氯群落内的相互作用,以研究群落相互作用以及生物地球化学条件对脱氯活性的影响。具体来说,我们建议分析群落级转录组学、细胞间代谢组学和先进的随机矩阵理论网络分析,以了解地球化学应力对 TCE 脱氯联盟的影响。该项目旨在提供对网络化基因调控和代谢物交换的基本了解,这些调控和代谢物交换会影响含有 Dehalococcoides 的厌氧微生物群落并控制其 TCE 脱氯能力。在拟议的工作中,将研究各种与环境相关的地球化学应力,包括 pH 值、盐度以及向系统中引入潜在的竞争性电子受体(例如硫酸根离子)。这些地球化学胁迫的影响将通过脱氯联盟中相互作用和相互依存的群体之间发生的交换代谢物、细胞过程和遗传调控来监测和跟踪。生成的知识将提高设计和优化主动工程解决方案的能力,以减少与成功地下水生物修复相关的时间和成本。本拟议研究要调查的具体目标是, 1. 构建可持续的 TCE 脱氯微生物群落,其中包含多个定义的微生物物种,这些微生物物种代表了强大的 TCE 脱氯群落的基本功能,并建立了它们在恒化器中的持续增长。 2. 识别TCE脱氯联合体中发生的生理变化、遗传调控变化和细胞间代谢变化,以响应生物地球化学条件的变化,例如pH、盐度和替代电子受体的存在。宏转录组学和代谢组学分析将用于获得对联合体对地球化学应力的复杂反应的系统级理解。 3. 建立生物地球化学条件、微生物遗传调控和代谢相互作用之间的相关性,以阐明响应各种生物地球化学条件的联盟成员之间的网络相互作用。研究结果将用于研究刺激或增强策略,这些策略可以在不断变化的地球化学条件下稳定脱氯群落的功能。

项目成果

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